Сульфид натрия: свойства и применение¶

Сульфид натрия — неорганическое бинарное соединение натрия и серы с химической формулой Na₂S. Представляет собой бесцветное или слегка желтоватое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Относится к классу средних солей сероводородной кислоты (сульфидов) и является одним из важнейших промышленных соединений серы. В безводном виде и в форме кристаллогидратов широко используется в металлургии, целлюлозно-бумажной, кожевенной и химической промышленности.

¶Состав и строение

Молекулярная масса Na₂S составляет 78,04 г/моль. Соединение образовано катионами натрия Na⁺ и сульфид-анионом S²⁻, между которыми преобладает ионный тип связи. В кристаллической решётке безводного сульфида натрия реализуется структурный тип антифлюорита: ионы серы образуют гранецентрированную кубическую упаковку, а ионы натрия занимают все тетраэдрические пустоты.

Степень окисления серы в соединении равна −2, натрия — +1. Именно наличие легко окисляющегося сульфид-иона определяет восстановительные свойства вещества и его способность реагировать с кислородом, галогенами и многими окислителями.

¶Физические свойства

Безводный сульфид натрия гигроскопичен и на воздухе постепенно поглощает влагу. Из водных растворов кристаллизуются гидраты, важнейшие из которых — Na₂S·5H₂O и Na₂S·9H₂O. Кристаллогидраты плавятся при относительно низких температурах и при нагревании теряют воду.

Водные растворы Na₂S имеют сильнощелочную реакцию: за счёт гидролиза по аниону образуется гидросульфид-ион и гидроксид-ион, поэтому значение pH может достигать 12–13. Растворы бесцветны, но на воздухе мутнеют из-за окисления и выделения коллоидной серы.

¶Химические свойства

Сульфид натрия проявляет типичные свойства растворимых сульфидов:

• Взаимодействие с кислотами. Даже слабые кислоты вытесняют сероводород: Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S↑. Реакция используется для получения сероводорода в лаборатории.
• Окисление. На воздухе и в присутствии окислителей сульфид-ион переходит в серу, сульфит или сульфат. При избытке кислорода возможно образование тиосульфата и сульфата натрия.
• Реакции с солями. С солями тяжёлых металлов образуются малорастворимые сульфиды, часто окрашенные: с сульфатом меди — чёрный CuS, с солями цинка — белый ZnS.
• Серная печень. Сплавление сульфида натрия с серой даёт полисульфиды — так называемую «серную печень», применяемую в аналитической химии.
• Реакция с водой. При высокой температуре и в присутствии влаги возможно образование гидросульфида натрия NaHS и гидроксида натрия.

¶Получение

В промышленности сульфид натрия получают главным образом восстановлением сульфата натрия углём при высокой температуре:

Na₂SO₄ + 4C → Na₂S + 4CO.

Процесс проводят в пламенных или муфельных печах при 800–1000 °C. Другой распространённый способ — насыщение раствора гидроксида натрия сероводородом с последующей кристаллизацией:

2NaOH + H₂S → Na₂S + 2H₂O.

В лабораторных условиях сульфид натрия удобно получать восстановлением сульфата натрия водородом или взаимодействием натрия с серой в инертной атмосфере. Технический продукт часто выпускают в виде плавленых кусков жёлто-бурого цвета, содержащих примеси полисульфидов и сульфатов.

¶Применение

Сульфид натрия — многотоннажный продукт основной химии. Основные направления использования:

• Целлюлозно-бумажная промышленность. Входит в состав варочного щёлока при сульфатном способе получения целлюлозы, где участвует в делигнификации древесины.
• Металлургия. Применяется для флотации сульфидных руд цветных металлов, а также в процессах извлечения меди, свинца и цинка.
• Кожевенное производство. Используется для удаления волосяного покрова со шкур (зольная обработка) и подготовки кож к дублению.
• Химический синтез. Служит сырьём для получения сероводорода, полисульфидов, тиосульфата натрия, сероорганических соединений и красителей, в том числе сернистых.
• Аналитическая химия. Применяется как реагент для осаждения сульфидов металлов и в качественном анализе катионов.
• Очистка сточных вод и газов. Используется для связывания ионов тяжёлых металлов и удаления сероводорода.

¶Техника безопасности и токсичность

Сульфид натрия токсичен. При попадании в организм вызывает раздражение слизистых оболочек, а при взаимодействии с кислотами желудочного сока выделяется ядовитый сероводород. Вещество классифицируется как едкое: растворы вызывают химические ожоги кожи и глаз, поэтому работы проводят в средствах индивидуальной защиты — перчатках, очках, респираторе.

При хранении необходимо учитывать гигроскопичность и окисляемость соединения: продукт держат в герметичной таре, в сухом месте, вдали от кислот и окислителей. При пожаре выделяются оксиды серы и натрия, что требует применения изолирующих средств защиты дыхания.

¶Значение в России

В России сульфид натрия производится на ряде предприятий основной химии, в том числе в составе целлюлозно-бумажных и химических комбинатов. Потребление продукта связано прежде всего с сульфатным производством целлюлозы, цветной металлургией и кожевенной отраслью. Технические требования к продукту, марки и показатели качества регламентируются государственными стандартами.

Источники: учебники по неорганической химии, справочники по химическим свойствам неорганических соединений, промышленные регламенты целлюлозно-бумажного производства.